{"id":7915,"date":"2026-04-03T09:23:32","date_gmt":"2026-04-03T09:23:32","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/jing-sun\/"},"modified":"2026-04-23T09:09:41","modified_gmt":"2026-04-23T09:09:41","slug":"jing-sun","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/jing-sun\/","title":{"rendered":"Jing Sun"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":14232,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-7915","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Fabrication and Mechanical Properties of Supercharged Polypeptides based Biomaterials","samenvatting":"Bio-ge\u00efnspireerde mechanische materialen zijn ontworpen en gefabriceerd voor breed scala aan toepassingen. In Hoofdstuk 1 worden op eiwit gebaseerde mechanische biomaterialen zoals kleefstoffen en vezels besproken. In het eerste deel worden biologische lijmen beschreven welke ge\u00efnspireerd zijn op mosselen en zandkasteelwormen. Genetische manipulatie en chemische synthese zijn de twee methoden voor de vervaardiging van op eiwitten gebaseerde kleefstoffen. Met behulp van moleculaire klonering en recombinante eiwitexpressie kan het mechanische gedrag van eiwitkleefstoffen uitstekend worden geregeld door de aminozuursequentie en het molecuulgewicht. Bovendien maakt hun polypeptideaard ze biologisch afbreekbaar en ongiftig. In het tweede deel zijn mechanisch sterke eiwitvezels beoordeeld. Bio-ge\u00efnspireerde vezels van spinnen en zijderupsen hebben toenemende aandacht getrokken vanwege hun lichte gewicht en buitengewone mechanische eigenschappen, d.w.z. een hoge treksterkte en uitstekende rekbaarheid. Tot dusver zijn kunstmatige vezels op basis van eiwitten hoofdzakelijk geproduceerd via twee benaderingen: chemische regeneratie en genetische manipulatie. De buitengewone mechanische eigenschappen, biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid, bieden de mogelijkheid om dergelijke eiwitvezels toe te passen in textielmateriaal, weefselmanipulatie en medicijnafgifte.\n\nIn Hoofdstuk 2 ontwikkelden we een sterke biologische lijm met biocompatibele en biologisch afbreekbare eigenschappen. De supergeladen ongevouwen prote\u00efne (SUP) lijmen werden vervaardigd door gebruik te maken van de elektrostatische interactie tussen sterk geladen kationische polypeptiden (kationische SUPs) en de negatief geladen surfactant SDBS, gevolgd door een eenstaps precipitatie en uiteindelijke lyofilisatie. De SUP-lijmen vertoonden aanzienlijke bulkhechtstrekte op verschillende substraten, welke vergelijkbaar is met commerci\u00eble cyanoacrylaten zoals secondelijm. Bovendien werd door dit systeem een sterke hechting onder water gerealiseerd. Als opvallend kenmerk van deze nieuwe lijmklasse, werd tijdens het hechtingsproces de vorming van covalente bindingen vermeden. Via NMR-spectroscopie en computationele simulatie werd aangetoond dat \u03c0-stapeling en kation-\u03c0-interacties een cruciale rol spelen. Verder dragen de elektrostatische interacties tussen SUPs en SDBS surfactanten, van der Waals-krachten en waterstofbruggen, bij aan de hoge adhesiesterkte van SUP-lijmen.\n\nNa het aantonen van het adhesievermogen van SUP-lijmen werd in Hoofdstuk 3 de biomedische toepassing onderzocht. Als eerste werd de ongiftigheid van de SUP-lijmen bevestigd door de hoge levensvatbaarheid van de HeLa cellijn in het SUP-SDBS-complex. Het hoge overlevingspercentage van D1 mesenchymale stamcellen uit muizen in 3D-kweekomstandigheden met SUP-lijm wees ook op de veiligheid van het lijmsysteem. Vervolgens toonden de testen op de adhesie van huid en oogleden met SUP-lijm veelbelovende biomedische toepassingen aan. Daarna werden de hemostatische en wondgenezingseigenschappen van SUP-lijmen onderzocht in vivo. Bloedende wonden op de huid en lever van ratten werd verzegeld na behandeling met SUP-lijmen, wat hun snelle hemostatische eigenschappen aantoont. Bovendien werd, in sterk contrast met hechtingssluiting en commerci\u00eble chemische lijmen, snelle wondgenezing gedetecteerd voor de SUP-lijm, wat het vermogen van SUP-lijmen voor het regenereren van de huid aangeeft. Histologische experimenten werden gebruikt om de regeneratie van genezend huidweefsel te analyseren. In vergelijking met andere behandelingsgroepen, vertoonde de groep behandeld met SUP-lijm een significante vorming van nieuwe bloedvaten, overvloedige follikelvorming, talgklieren en meer collageenafzetting. Bovendien vertoonden immunofluorescentieanalyses van de met SUP-lijm behandelde wonden geen tekenen van ontsteking, hetgeen de werkzaamheid van SUP-lijm onthulde om onsteking geassocieerd met letsel te voorkomen.\n\nOm de reikwijdte van SUP-lijmen te verbreden, richt Hoofdstuk 4 zich op de bereiding van SUP-lijmen met verschillende oppervlakteactieve stoffen volgens hetzelfde productieprotocol zoals beschreven in Hoofdstuk 2. Als eerste werden de SUP-lijmen vervaardigd door gebruik te maken van elektrostatische interacties tussen SUPs en relevante tegenovergestelde geladen op DOPA of azobenzeen gebaseerde surfactanten. De SUP-lijmen zorgten voor een uitstekende hechting, zowel in droge als in vochtige omstandigheden. In het bijzonder, in het geval van de SUP-DOPA-lijm, kan een bindingssterkte worden bereikt tot 13.51 MPa op staal vanwege de co\u00f6rdinatieverbindingen tussen Fe3+-ionen en catecholeenheden. In dit geval is de hechting zelfs hoger dan die van secondelijm (cyanoacrylaat, 12.06 MPa). Bovendien hebben wondgenezingsexperimenten en cytotoxiciteitstesten bewezen dat SUP-lijmen een goede biocompatibiliteit, lage toxiciteit en anti-infectievermogen vertonen. Alle resultaten geven aan dat SUP-lijmen gebruikt kunnen worden als een veelbelovend biomateriaal voor wondgenezing en weefselmanipulatie.\n\nAfgezien van de SUP-lijmen, rapporteren we in Hoofdstuk 5 het eerste voorbeeld voor de omkeerbare mechanische modulatie van SUP-vezels in bulktoestand met behulp van licht. We hebben eerst een nieuw type bio-gemanipuleerde eiwitvezels bereid door gebruik te maken van elektrostatische interacties tussen SUPs and azobenzeen (Azo) gebaseerde surfactanten. De macroscopische trekproeven, evenals AFM-metingen op nanoschaal, toonden aan dat de foto-isomerisatie van Azogroepen van de E- naar de Z-vorm de treksterkte, stijfheid en taaiheid van de vezels omkeerbaar verandert. Vooral de verhoogde kation-\u03c0-interacties van de ongecomplexeerde lysine groepen in de SUPs en de fenylgroepen in Z-vorm van Azo leiden tot een ~ tweevoudige toename in de mechanica van de vezel. De uitstekende mechanische eigenschappen openen een pad naar de ontwikkeling van SUP-Azo-vezels als stimuli-responsieve ondersteunende biomaterialen.","summary":"Bioinspired mechanical materials have been designed and fabricated for a wide range of applications. In Chapter 1, protein-based mechanical biomaterials including adhesives and fibers are reviewed. In the first part, biological adhesives inspired by mussel and sandcastle worm are described. Genetic engineering and chemical synthesis are the two methods for the fabrication of protein-based adhesives. By molecular cloning and recombinant protein expression, the mechanical behavior of protein adhesives can be exquisitely controlled over the sequence and molecular weight. Moreover, their polypeptide nature renders them biodegradable and non-toxic. In the second part, mechanically strong protein fibers have been reviewed. Bioinspired fibers from spiders and silkworms have attracted increasing attention due to their lightweight and extraordinary mechanical properties, i.e., high tensile strength and outstanding extensibility. So far, artificial protein-based fibers have been produced mainly by two approaches: chemical regeneration and genetic engineering. The extraordinary mechanical properties, biocompatibility, and biodegradability offer the opportunity to apply such protein fibers in fabrics, tissue engineering, and drug delivery.\n\nIn Chapter 2, we developed a strong biological adhesive with biocompatible and biodegradable properties. The supercharged unfolded protein (SUP) glues were fabricated by employing electrostatic interaction between highly charged cationic polypeptides (cationic SUPs) and the negatively charged surfactant SDBS, followed by one-step precipitation and final lyophilization. The SUP adhesives showed significant bulk adhesion strength on various substrates, which is comparable to commercial cyanoacrylates named superglue. In addition, strong underwater adhesion was realized by this system. As an outstanding feature of this novel class of glue, during the adhesion process, covalent bond formation was avoided. It was shown through NMR spectroscopy and computational simulations that \u03c0-stacking and cation-\u03c0 interactions play a critical role for strong adhesion. Moreover, the electrostatic interactions between SUPs and SDBS surfactants, van der Waals forces, and hydrogen bonds contribute to the high adhesion strength of SUP glues.\n\nAfter demonstrating the adhesion ability of SUP glues, the biomedical application of this novel class of materials was investigated in Chapter 3. Firstly, the non-toxicity of the SUP glues was confirmed by high cell viability of HeLa cells in the SUP-SDBS complex. The high survival rate of mice mesenchymal stem cells (D1 cells) in 3D culturing conditions with SUP glue also indicated the safety of the adhesive system. Next, the tests on skin and eyelid adhesion of SUP glue revealed its promising properties for biomedical applications. Subsequently, the hemostatic and wound healing properties of SUP glues were investigated in vivo. The bleeding wound on rat skin and liver was sealed after treated with SUP glues, demonstrating fast hemostatic properties. Moreover, in stark contrast to suture closure and commercial chemical adhesives, fast wound healing was detected for the SUP glue, indicating the capacity of SUP glues for regenerating skin. Histological experiments were utilized to analyze the regeneration of healed skin tissue. When compared with other treatment groups, the group treated with SUP glue showed a significant formation of new blood vessels, abundant follicle formation, sebaceous glands, and more collagen deposition. Additionally, immunofluorescence analysis of the wounds treated with SUP glue did not show any signs of inflammation, which revealed the efficacy of SUP glue to prevent injury associated inflammation.\n\nTo broaden the scope of SUP glues, Chapter 4 focuses on the preparation of SUP glues with different surfactants using the same manufacturing protocol as described in Chapter 2. Firstly, the SUP glues were fabricated by employing electrostatic interaction between SUPs and relevant opposite charged DOPA or azobenzene-based surfactants. The SUP glues rendered robust adhesion both in dry and humid conditions. Particularly, in the case of the SUP-DOPA glue, bonding strength reached up to 13.51 MPa on steel because of the formation of coordination bonds between Fe3+ ions and catechol units. In this case, the adhesion is even higher than that of superglue (cyanoacrylate, 12.06 MPa). Furthermore, wound healing experiments and cytotoxicity tests proved that SUP glues exhibit good biocompatibility, low toxicity, and anti-inflammation ability. All results indicate that SUP glue can be used as a promising biomaterial for wound healing and tissue engineering.\n\nAside from the SUP adhesives, in Chapter 5, we report the first example for the mechanical modulation of SUP fibers reversibly in bulk state by light. We first prepared one new type of bioengineered protein fiber by employing electrostatic interactions between SUP and azobenzene (Azo) based surfactants. The macroscopic tensile tests, as well as nano-scale AFM measurements, demonstrated that the photo-isomerization of Azo moieties from the E- to the Z-form alters the tensile strength, stiffness, and toughness of the fibers reversibly. Especially, the increased cation-\u03c0 interactions of the uncomplexed lysine moieties in the SUPs and the phenyl groups in Z-form of Azo leads to a ~ 2-fold increase in the fiber\u2019s mechanics. The outstanding mechanical properties open a pathway towards the development of SUP-Azo fibers as stimuli-responsive bracing biomaterials.","auteur":"Jing Sun","auteur_slug":"jing-sun","publicatiedatum":"10 februari 2020","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/jingsun?iframe=true","url_download_pdf":"","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604030920","isbn":"978-94-034-2435-4","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Rijksuniversiteit Groningen","afbeeldingen":14232,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Rijksuniversiteit Groningen","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/7915","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=7915"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/7915\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":7918,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/7915\/revisions\/7918"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/14232"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=7915"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=7915"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}